19Seika1-Quiz1 生化学Ⅰ 第1 回小テスト 2019.11.7 問題１． i. 生物の進化を研究する人は，現在の生物に見られるいろいろな現象，分子を調べ，それ を証拠に「このように進化したのではないか」と推論し，学説を作っている。下に記し た３つの現象，分子の特徴はそれぞれ生物が進化した過程上の「４大イベント」の中の ３つのイベントを反映しています。a~c それぞれは，進化上のどのような重要イベント を反映しているかを簡単に説明し，その発生した「順番」を古い→新しい順に記号で解 答用紙に答えなさい。 a. DNA 分子の「二重らせん構造」 b. タンパク質に見られる「①ペプチド結合」 c. 太古の生物の化石に見られたたくさんの「②小さな空間」 ii. 設問 i. 下線部①ペプチド結合の構造を書き，この結合に関与する二つの「官能基」の名 前を答えなさい。 iii. 設問 i. 生物の中に下線部②に表したような「空間」が誕生した為，より複雑な生物が 進化できるようになったと考えられています。この様な構造を作ることができる様にな って，どのような進化上有利な点が生じましたか？講義で紹介したものの中より 1 つ選 び，答えなさい。 問題２． i. 下の文章の空欄①∼⑥に適当な「語句」または文中の記号を用いた「式」を記入し，文 章を完成させなさい。 左右にスムーズに移動する可動壁を持った体積 VAの箱の中に一定の量の気体を閉じ込 め，この箱に少量の熱量 q を与えて暖めると，気体は膨張して可動壁が静かに動き，新 しい体積 VBとなる。このような「自発的変化」において，変化前（A 状態）と変化後（B 状態）では，個々の分子がもつ運動エネルギーと，分子同士が及ぼす位置エネルギーの 総和からなる ① （語句）（記号 U）に変化が生じる（DU=UB-UA）。また，可動壁 は一定の外の圧力 P に対して動いているので，もう１種類のエネルギーである仕事， ② （式）が生じる。DU と仕事の和で表される変化量DH（DH＝ ③ （式）） はエンタルピー変化と呼ばれる。化学反応でも反応前後でエンタルピーの変化はしばし ば生じる。化学反応のDH は ④ （語句）として体感することができ，DH＜０のとき， 反応 A→B は ⑤ 反応，DH＞０のとき，反応 A→B は ⑥ 反応である。 ii. エントロピーS は，授業において Boltzmann が定義した「統計力学的エントロピーS」と， Clausius が発見した「熱力学的エントロピー変化DS に関する不等式」という，２つの式 を紹介し，この２つの式で表している S は同じものである，と説明しました。Boltzmann の統計力学的エントロピーS，Clausius の熱力学的エントロピー変化DS の不等式をとも に答えなさい。なお，必要に応じて以下の記号を使用すること。 kB：ボルツマン定数 T：温度， q: 変化に伴う熱の出入り W：あるシステムが取る微視的状態の数 iii. ギブス自由エネルギー変化ΔG の式をΔH とΔS, 及び温度 T を用いて記しなさい。 ＜裏に続く＞
19Seika1-Quiz1 問題 3． i. 解答用紙の解答欄に水分子を 1 分子，スケッチしなさい。スケッチの中には，講義でカ バーした「水の物理的な性質」がわかるように必要に応じて数値やキーワードを記載し てください。 ii. 水が形成する「水素結合」と，その結合から生まれる「疎水効果」について簡単に説明 しなさい。
iii. Brønsted と Lowry の定義によれば「酸」は ① もの，「塩基（アルカリ）」 は ② ものである。空欄に適当な語句を解答欄に答えなさい。 iv. 以下の文章における空欄①∼⑤に適当な語句または式を答え，文章を完成させなさい。 ＜文章＞ Brønsted と Lowry の定義に従うと，酸，塩基はともに以下の「一般式」で取り扱うことが できる。この式では「HA」が酸，「A 」が供役塩基を指す。 ＨＡ ＋ Ｈ２Ｏ Ａ ＋ Ｈ３Ｏ ＋ 平衡定数 K は上式の各成分の濃度［Ｘ］を表す表記を利用すると以下の様になり： Ｋ＝ ① ［Ｈ３Ｏ ＋ ］は［Ｈ＋ ］と等しいため，以後は置き換える。 式①の項の中で水の濃度はほかの項よりも十分大きく，ほぼ一定と扱うことができる ので［Ｈ２Ｏ］を移項し： Ｋａ（定数）＝Ｋ［Ｈ２Ｏ］＝ ② と変形できる。 両辺を常用対数に変換するとこの式は ③ となり，左右に項を移項して-log10[X]＝pX という略式標記を用いることで最終的に以下 の式が導出される。 ④ ④の式は「 ⑤ の式」と呼ばれ，実験時に緩衝液を作成するときに役立 つ式である。 K
解答用紙 学籍番号 氏名 19Seika1-Quiz1 問題 1．32 点満点 i.(a) (5 点) 分子を複製する際に材料確保が有利となる「相補性」という戦略を採用する分子が出現 (b) (5 点) 簡単な分子より複雑な分子を生む，官能基を介した「重合反応」の出現 (c) (5 点) 「細胞膜」の進化と自他を区別する「細胞」の出現 順番 (3 点) ｂ→ ａ →ｃ ii. 構造 （4 点） （3 点）カルボキシ 基 （3 点）アミノ 基 iii. 「反応条件を一定にする」 「反応の中間生成物の安定性向上と拡散の防止」 「原材料の囲い込み」 など。（4 点） 問題 2．33 点満点 i. ①（3 点） 内部エネルギー ②（3 点） P（VB-VA） ③（3 点） DU+P(VB-VA) ④（3 点） 反応熱 ⑤（3 点） 発熱 ⑥（3 点） 吸熱 ii.Boltzmann（5 点） S=kblnW Clausius（5 点） DS ≧ ｑ! iii. DG=DH-TDS（5 点） 問題 3．18 点 i. 教科書の図参照； ・非共有電子対 ・角度 104.5 度 ・水分子の形状（4 面体） ・電荷の偏り が各 2 点，計 8 点 ii.水素結合（5 点） 水分子のH と O，N，S のように非共有電子対を持つ原子が 非共有電子対を介して形成する結合。水は最大 4 カ所の水素結 合を形成することができる。 疎水効果（5 点） 極性の無い分子が水と扶養しないため，水分子がその周りに水 素結合の網を形成し，接触表面積を最小にする傾向を見せるた めに生じる力。 O C N H
19Seika1-Quiz1 問題 3．（続）17 点 iii.①（3 点） 水素イオン（プロトン）を与える ②（3 点） 水素イオン（プロトン）を受け取る iv.①（2 点） [𝐴$][𝐻 '𝑂)] [𝐻𝐴][𝐻*𝑂] ②（2 点） [𝐴$][𝐻)] [𝐻𝐴] ③（2 点）
log10Ka=log10[H+] + log10[+
,] [-+] ④（2 点） pH = pKa + log10[+ ,] [-+] ⑤ （3 点） ヘンダーソン・ハッセルバルヒ
